Les hydrocarbures de roche-mère Evolution ou Révolution · 13/12/2012 – R. VIALLY – Les hydrocarbures de roche-mère : Evolution ou Révolution ? Les hydrocarbures de roche-mère

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Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

Les hydrocarbures de roche-mèreEvolution ou Révolution ?

Roland VIALLY

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13/12/2012 – R. VIALLY – Les hydrocarbures de roche-mère : Evolution ou Révolution ?

PLAN

Les hydrocarbures de roche-mère.- Quelques définitions.- Les techniques de production.- Les enjeux environnementaux.

L‘évolution de la demande énergétique mondiale

Les hydrocarbures de roche-mère : Evolution ou Révolution ?

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Gaz de schiste aux USAUne histoire ancienne....

Plaque commémorative du premier puits de gaz naturel aux USA

1821 : Premier puits de gaz naturel aux Etats-Unis dans la communede Fredonia (NY).D'une profondeur de 9 mètresil fut creusé à la pelle dans les Marcellus shales.Il alimentait en gaz d'éclairage 2 magasins, 2 entrepôts et un moulin à farine.

1858 : Première compagnie gazièreaux Etats-Unis, la Fredonia GasLight Company alimentait lesréverbères de la commune.

1859 : Premier véritable puits pétrolierà Titusville en Pennsylvanie parle « colonel » Edwin DRAKE.

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La notion de système pétrolierLes hydrocarbures conventionnels

HYDROCARBURESCONVENTIONNELS

On cherche à produire deshydrocarbures à partir de

réservoirs poreux et perméables.

PLUS FACILE et MOINS CHER

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La notion de système pétrolierLes hydrocarbures non conventionnels

NON CONVENTIONNEL

Hydrocarbures piégés dans la roche-mère

(schistes bitumineux, pétrole de schistesgaz de schistes)

Hydrocarbures peu oupas mobiles

(sables bitumineux, huiles lourdes)

C’est le mode de productionqui est non conventionnelpas les hydrocarbures !

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Les hydrocarbures non conventionnelsLes hydrocarbures de roche-mère (1)

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La nature a horreur des classifications ....

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Les hydrocarbures non conventionnelsDes ressources ultimes récupérables considérables (1)

Avant même l’engouement de ces dernières années, les ressources ultimesrécupérables des hydrocarbures de roche-mère étaient déjà considérées commeimportantes.

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Les hydrocarbures non conventionnelsDes ressources ultimes récupérables considérables (2)

Estimations des ressources ultimes récupérables pour les hydrocarbures gazeux.

GAZ DE LACQ...(forte teneur en H2S)

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Les hydrocarbures de roches-mèresRessources vraiment récupérables ?

MAISPeut-on convertir ces

ressources en production ?

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Produire les hydrocarbures de roche-mère (1)

Dans les "schistes" les hydrocarbures se trouvent:

- Dans le réseau des fractures naturelles (libre)- Dans la porosité secondaire issue de la transformation de la matière

organique en hydrocarbures (libre mais pas ou peu mobile)

- Adsorbé sur la matière organique (piégé)

La fracturation artificielle permetde connecter les fractures naturelles, la porositésecondaire et de produire leshydrocarbures....

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La notion de « fracabilité »:

100 %ARGILES

100 %CALCAIRE

100% SILICE

Fracturation hydrauliqueRéservoirs « TIGHT »

Pas de

fracturation

OBJECTIF

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Produire les hydrocarbures de roche-mère (3)Un challenge : Produire des quantités commerciales d’hydrocarbures à partir d'un milieu très peu poreux et imperméable.FORAGES HORIZONTAUX et FRACTURATION HYDRAULIQUE.

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Un autre challenge : Produire des quantités commerciales d’hydrocarbures malgré une production qui diminue rapidement.IL FAUT FORER BEAUCOUP DE PUITS. (plusieurs centaines)

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Durant les 15 ans de développement du champ, on met en production 1 puits

par jour

TOTAL : 5475 puits

365 000 barils/j : 20%de la consommation française

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Un autre challenge : Produire des quantités commerciales d’hydrocarbures malgré une production qui diminue rapidement.IL FAUT FORER BEAUCOUP DE PUITS. (plusieurs centaines)

Un challenge : Produire des quantités commerciales d’hydrocarbures à partir d'un milieu non poreux et imperméable.FORAGES HORIZONTAUX et FRACTURATION HYDRAULIQUE.

Le développement d'un champs d’hydrocarbures de roches-mères nécessite donc une activité industrielle soutenue .L'impact environnemental est donc plus fort que pour une production conventionnelle.L’acceptation sociétale ne pourra être acquise que si cet impact est le plusfaible possible

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Enjeu environnemental Diminution de l’emprise au sol (1)

2 km

500 m

Durant la première phase de l'exploration des gaz de Schiste aux USAmultiplication des puits et des plateformes de forage....

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Une optimisation de l'architecture des puits horizontaux à partir de cluster de puits ("pad") permet de réduire l'emprise au sol des forages.A partir d'une même plateforme de forage on peut réaliser jusqu'à 15 à 20 forages horizontaux. et drainer plus de 5 km2

L'emprise au sol d'un pad est de l'ordre de 1 hectare.

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Pendant le forage... 1 à 2 hectares.

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Pendant la production....

Source Statoil

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Enjeu environnemental Gestion raisonnée de la ressource en eau

Bac de rétention d'eau (DOE, 2009)

Le volume d'eau nécessaire au forage horizontal et à la fracturation hydraulique d'un puits de gaz de schistes est compris entre 10 000 et 20 000 m3

Soit approximativement entre 3 et 6 piscines olympiques ou la quantitéd'eau nécessaire pour irriguer 2 hectares de maïs pendant 1 an...La société "Eau de Paris" distribue 550 000 m3 d'eau potable par jour

On a pas besoin d'eau potableUtilisation de l’eau « sans valeur »

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Enjeu environnemental Optimisation de l’utilisation de la ressource en eau

Plusieurs voies d’amélioration sontsuivies.

- Utilisation d’eau saumâtre pour lafracturation hydraulique.

- Utilisation d’additifs de fracturationn’utilisant que des produits agroalimentaires (« CleanSuite d’Halliburton »)

- Recyclage systématique des eaux de« flowback » et de production

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Enjeu environnemental Optimiser la composition des fluides de fracturation

(source Range Ressource, Marcellus shale, US)

Traitement de l'eaudésinfectant

stérilisation médicale7,7 m3

Traitement de l'eaunettoyants ménagers agents de dégivrage

1,9 m3

Piscinesnettoyants ménagers

5 m3

Traitement de l'eauet des sols

7,7 m3

15 000 m3

850 m3

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Enjeu environnemental Maîtriser les rejets dans l’air (1)

Opérationde Fracturation hydraulique

Bonne pratique:Utilisation de compresseurs émettantmoins ou pas de gaz d’échappement

Emission de CO2, SOx, NOx

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Enjeu environnemental Maîtrise des rejets dans l’air (2)

CH4Hydr. volatiles

CH4

Bonne pratique: Utiliser des « tanks » fermés plutôt que des bacs de décantation

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Enjeu environnemental Prévention de la pollution des nappes phréatiques

Pollution liée à un défaut d'étanchéité du puits

GAZ

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Enjeu environnemental Maîtrise de la séismicité induite par la fracturation hydraulique (1)

Pollution induite directement par la fracturationhydrauliqueLes progrès de l'écoute sismique passive lors dela fracturation hydraulique permet de bien contrôlerl'extension des fractures.Risque de mise en communication avec des aquifèressuperficiels très réduit.

A condition que la fracturationsoit assez éloignée des aquifères

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Enjeu environnemental Maîtrise de la séismicité induite par la fracturation hydraulique (2)

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Enjeu environnemental Elaborer de nouvelles méthodes (1)

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Enjeu environnemental Elaborer de nouvelles méthodes (2)

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Les hydrocarbures de roche-mèreConclusions (1)

- L’exploitation des hydrocarbures de roches-mèrenécessite de nombreux puits complexes et destechniques de production spécifique. C’est une activité industrielle lourde.

- Ces techniques sont maîtrisées, encore améliorablessur le plan de l’efficacité et de l’impact environnemental.

Un encadrement législatif adapté est le garant d’uneexploitation raisonnable de ces ressources .

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Les hydrocarbures de roches-mèresPourquoi les produire ?

Pourquoi les produire ?

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La demande en énergie primaire (1)Augmentation de la demande sur le moyen terme

Croissance de la demande d'énergie primaire à 2035 :

1.4 %/an, soit +47 % d'ici 20351.2 %/an, soit +36 % d'ici 20350.7 %/an, soit +21 % d'ici 2035

Rappel : 2%/an sur les 27 dernières années

WEO, 2010

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La demande en énergie primaire (2)Les hydrocarbures restent une source d’énergie incontournable

85% 81% 74% En. fossile

60% 54% 50% Hydrocarbures

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La demande en énergie primaire (3)La demande en hydrocarbures liquides augmente jusqu’en 2035

Hypothèse NPS : 99 millions barils / jours en 2035

Les ressources en hydrocarbures liquides seront-elles suffisantes ?

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La demande en hydrocarbures liquidesLes ressources sont-elles suffisantes ?

Réserves prouvées

1500 Mbbls*

Réserves additionnelles

450 Mbbls

Nouvelles Réserves350 Mbbls

NONCONVENTIONNEL

400 / 650 Mbbls

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Les hydrocarbures non conventionnelsConclusions

- Malgré une transition énergétique inéluctable, les hydrocarbures représenteront encore en 2035 la moitiédu mix énergétique mondial.

- Les réserves prouvées, les réserves additionnelles etles futures découvertes ne suffiront pas à répondre àla demande croissante mondiale.

Dans cette hypothèse, l’exploitation des ressources non conventionnelles apparait comme indispensabledans le cadre de la transition énergétique

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L’exploitation du pétrole de schiste (1) L’exemple américain (1)

Pétrole de schiste : les perspectives américaines (CIRA,2010)Les USA prévoient de redevenir le premier producteur mondial de pétrole en 2020.

Brésil

Irak

Iran

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L’exploitation des hydrocarbures de roche-mère Des ressources vraiment considérables.... (1)

Superficie de la roche-mère (Bazhenov)1 000 000 de km2

Estimation : 1 920 milliards de barils récupérables

(Oswald Clint de Bernstein Energy)« Russian Shale Oil Revolution »

Epaisseur moyenne 20 à 40 m (loc 60m.)

(Ulmisheck, USGS,2003)

Teneur en carbone organique TYPE II : moyenne :5,1%

(partie centrale >9% atteignant 15%)

MaturitéPrincipalement Fenêtre à Huile

(pétrole de schistes)

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L’exploitation des hydrocarbures de roche-mère Des ressources vraiment considérables.... (2)

EE

D’après l’USEIA (2011), la Chine

aurait plus de 36 000 milliards de m3

de gaz de schiste récupérable

50% de plus que les USA

7 fois plus que la FRANCE

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Les hydrocarbures non conventionnelsConclusions

- La demande en hydrocarbures liquides et gazeux continue a augmenter malgré la transition énergétique.

- Les ressources sont encore à évaluer mais semblent être très importantes et réparties dans de nombreuxbassins sédimentaires dans le monde entier.

- L’exemple américain tant technique que commercialcrédibilise l’exploitation des hydrocarbures de roche-mère

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Les hydrocarbures de roches-mèrePourquoi les produire ?

Les produire en France ?

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Hydrocarbures de roches-mère en France Les roches-mères liasiques

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Hydrocarbures de roches-mère en France Pétrole de schistes - Le Bassin de Paris (1)

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Hydrocarbures de roches-mères en France Pétrole de schistes – Le Bassin de Paris (3)

Centre du Bassin de Paris10 000 de km2

Estimation : 16 milliards de barils en place

(Monticone et al., 2011)

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Hydrocarbures de roches-mère en France Gaz de schistes – Le Bassin du Sud-Est (1)

BASSIN VOCONTIEN

Vially, 2010

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"La Fontaine Ardente" près de Grenobledéjà décrite par Saint Augustin au Vè siècle dans la « Cité de Dieu »

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MARGE ARDECHOISE

Vially, 2010

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Les hydrocarbures de roche-mère.Conclusions (3)

Les bassins sédimentaires français présentent un potentiel important.

- Gaz de houille (CBM) dans les bassins houillers paléozoïquesmais les premières phases d’exploration (années 80/90) se sont avérées décevantes.

- Hydrocarbures de roches-mères. Les roches-mères liasiquessont d’excellente roche-mères dans le bassin de Paris(pétrole de schiste) et dans le bassin du Sud - Est (gaz de schiste).

MAIS SEULE UNE PHASE D’EXPLORATION VALIDERA LE POTENTIEL DE CES BASSINS

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Exploration d’hydrocarbures en France Indépendance énergétique et balance commerciale

La production d’hydrocarbures en France n’a jamais été très importante malgré la découverte de LACQ, un géant de gaz à l’époque (250 Gm3).L’activité pétrolière française, visant à l’époque (1950 / 1960) une autonomie énergétique a permis de développer une industrie pétrolière et parapétrolière forte. (ELF, TOTAL, Technip, CGG-Véritas, Vallourec)

Actuellement la production française de pétrole et de gaz est sur le déclin.

98% de notre consommation d’hydrocarbures est importéesoit une facture de 62,1 milliards d’€uros en 2011.

Hydrocarbures de roche-mère / Offhore profond (Guyane)VERS UN NOUVEAU DEPART ?

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CONCLUSIONS (1)

1- Le demande d’hydrocarbures mondiale continuera à croître dans les25 prochaines années même si la part des hydrocarbures diminue dansle mix énergétique mondial.L’inéluctable transition énergétique se fera sur le long terme.

2- Les hydrocarbures non conventionnels joueront un rôle +/- importantdans l’approvisionnement en hydrocarbures suivant la vitesse de cette transition.

3- Les ressources en hydrocarbures de roche-mère ne sont pas encorebien définies mais sont certainement considérables.Produire de telles ressources nécessite la prise en compte les contraintesenvironnementales.

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CONCLUSIONS (2)

4- La place des hydrocarbures de roche-mère dans le paysage énergétiquefrançais ne peut se concevoir que dans un réflexion plus globale de notre mix énergétique .Les notions aussi complexes, voire contradictoires, d’indépendance énergétique, de balance commerciale, de ré-industrialisation mais ausside développement durable du territoire et du respect environnemental font de ce sujet un enjeu sociétal majeur.

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Age des hydrocarbures

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